Brzi napredak električnih vozila i elektroničkih uređaja velike snage potaknuo je rastuću potražnju za ultrabrzo punivim litij-ionskim baterijama. Ipak, trenutne punjive litij-ionske baterije pate od ozbiljnog pada snage tijekom procesa brzog punjenja i mogu čak dovesti do katastrofalnih kvarova, što povećava sigurnosne rizike. To uglavnom proizlazi iz elektrokemijske nestabilnosti na granici anode i elektrolita, što uzrokuje štetno taloženje metala i litija na površini baterije i lošu toplinsku stabilnost.
Posljednjih godina, visokonaponski anodni materijali postali su vrlo obećavajuće alternative za sprječavanje prekomjernog taloženja litija i stvaranja nestabilnih slojeva međufaze čvrstih elektrolita (SEI). Unatoč tim prednostima, najsuvremeniji materijali i dalje su ograničeni nezadovoljavajućom ionskom vodljivošću i toplinskom stabilnošću, što slabi izlaznu snagu i dugoročnu pouzdanost.
Prema izvješćima stranih medija, kako bi riješili ove probleme, istraživački tim na čelu s izvanrednim profesorom Dongwookom Hanom na Nacionalnom sveučilištu za znanost i tehnologiju u Seulu razvio je nestehiometrijski (OS) anodni materijal od litijevog titanijevog fosfata s NASICON strukturom. Ovaj materijal poznat je po iznimnoj strukturnoj i toplinskoj stabilnosti. Dizajn može izazvati spontanu faznu transformaciju ispod površine čestica aktivnog materijala kako bi se probila kinetička ograničenja i postigle stabilne performanse brzog punjenja.
Relevantni rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu Advanced Functional Materials.
Površinska modulacija za ubrzani transport iona
Litij-titanijev fosfat (LTP) posjeduje strukturu tipa natrij-superionskog vodiča (NASICON), koja se može pohvaliti izvanrednom strukturnom i toplinskom stabilnošću, kao i brzim litij-ionskim difuzijskim kanalima. Kako bi iskoristili njegov puni potencijal, istraživači su usvojili strategiju dizajna izvan stehiometrijske strukture i namjerno povećali omjer fosfora (P) i titana (Ti). Takav sastav s nedostatkom titana stvara domene titanijevog fosfata (TPO) blizu površine čestica LTP-a.
Ova područja bogata TPO-om djeluju kao visokoučinkoviti kinetički kanali, snižavajući energetsku barijeru za transport litijevih iona preko anodno-elektrolitnog sučelja i gradeći brze putove prijenosa iona u blizini površina čestica. Osim toga, vrlo fleksibilne P-O-P veze unutar TPO okvira pružaju strukturnu fleksibilnost za prilagodbu promjenama volumena tijekom ciklusa brzog punjenja i štite strukturu tipa NASICON od nepovratnih oštećenja.
Robusne performanse u uvjetima brzog punjenja
Sukladno tome, u testovima brzine punjenja, ključnom pokazatelju koji procjenjuje kapacitet brzog punjenja, kompozitna anoda OS-LTP-ugljik (OS-LTP/C) zadržala je izvanrednih 86% svog početnog kapaciteta pri brzini punjenja od 10C, dok je kapacitet netaknute kompozitne anode LTP/C drastično pao.
Ovaj materijal također pruža izvrsnu cikličku stabilnost nakon više od 250 ciklusa. Konfiguracije s punim ćelijama pokazuju slično izvrsne performanse brzine i široku kompatibilnost s visokonaponskim katodama.
Širi put prema sigurnijim baterijama
„Naša metoda stvara potpuno novu paradigmu za dizajn baterija s brzim punjenjem i može se široko primijeniti na više budućih sustava za pohranu energije, uključujući potpuno čvrste baterije“, istaknuo je Han. „Ova strategija dizajna može učiniti električna vozila praktičnijima skraćivanjem vremena punjenja, poboljšanjem sigurnosti i pružanjem podrške za električne mreže obnovljivih izvora energije.“
Zaključno, ova nestehiometrijska strategija dizajna rješava jednu od ključnih prepreka s kojima se suočavaju punjive baterije i nudi obećavajući pristup za komercijalno spremnu tehnologiju ultrabrzog punjenja i pohrane energije.
Vrijeme objave: 07.08.2026.